Низовцев Михаил Иванович, д.т.н., заведующий лабораторией проблем энергосбережения Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН

1. 1

2. Возобновляемая энергетика.
Современное состояние и
перспективы развития
Заведующий лабораторией ИТ СО РАН,
д.т.н. Низовцев М.И.
XII НОВОСИБИРСКИЙ ИННОВАЦИОННО-ИНВЕСТИЦИОННЫЙ ФОРУМ
Инновационная Энергетика
10-11 Ноября 2016

3. План доклада
1. Место ВИЭ (возобновляемых источников энергии) в мировой энергетике и
их роль в ведущих странах мира.
2. Инвестиции в ВИЭ в мире и в России.
3. Стимулирование развития ВИЭ в мире.
4. Целевые показатели развития ВИЭ в России.
5. Перспективы развития видов возобновляемой энергетики, которые планируется
стимулировать в России.
5.1. Малая гидроэнергетика.
5.2. Ветроэнергетика.
5.3. Солнечная энергетика.
6. Энергетические устройства на основе ВИЭ с высоким инновационным
потенциалом в условиях г. Новосибирска.
6.1. Солнечные коллектора.
6.2. Тепловые насосы.
7. Устройства для утилизации тепла и холода вентиляционного воздуха.
3

4. Потребление энергии
4

5. Валовое производство электроэнергии в
Германии
Германия планирует достичь к 2050 г. 60 % доли ВИЭ в общем
энергобалансе страны и 80 % – в производстве электроэнергии
5

6. Инвестиции в возобновляемую
энергетику
6

7. Инвестиции в России в возобновляемую
энергетику в 2004–2014 гг.
7

8. Энергодефицитные территории России
8

9. Стимулирование развития ВИЭ в мире
• Ветровая, солнечная энергетика и производство биотоплива – наиболее
быстрорастущие отрасли современной индустрии, на освоение которых брошен весь
научно-технический потенциал ведущих стран мира.
• Бурное развитие ВИЭ в ведущих странах мира в последнее десятилетие стало
возможным лишь благодаря финансовой поддержке со стороны государств.
• В настоящее время в мировой практике существует несколько механизмов
поддержки проектов электрогенерации на основе ВИЭ. Наиболее популярны из них
два: зелёные тарифы и зелёные сертификаты.
• В первом случае государство гарантирует приобретение у производителей
электроэнергии из ВИЭ по специальным, более высоким тарифам. Их устанавливают
для конкретного объекта на альтернативных источниках энергии на 20–25 лет, что
обеспечивает хорошую рентабельность таких проектов.
• Во втором случае производитель по факту продажи на свободном рынке
электроэнергии, сгенерированной на ВИЭ, получает специальный подтверждающий
сертификат (подобная схема действует, например, в Швеции и Норвегии), который
впоследствии может быть продан.
9

10. Стимулирование развития ВИЭ в России
• После тщетных попыток стимулирования развития ВИЭ в России через надбавки к
рыночной цене электроэнергии 28 мая 2013 года Правительство РФ приняло
Постановление № 449 «О механизме стимулирования использования
возобновляемых источников энергии на оптовом рынке электрической энергии и
мощности». Разработчики данного постановления попытались обеспечить
максимальное интегрирование механизма поддержки ВИЭ в существующую в стране
специфическую архитектуру рынка электроэнергетики.
• Поддержка ВИЭ предусмотрена для трёх видов: солнечной, ветровой энергетики и
малой гидроэнергетики.
• Поддержка осуществляется через ДПМ ВИЭ – договоры о предоставлении мощности,
видоизменённые с учётом особенностей ВИЭ.
• Согласно действующему законодательству, ВИЭ в России будут поддерживать в рамках
ежегодных квот (целевых параметров), выделенных для каждого вида ВИЭ на период
до 2020 года.
• Отбор инвестиционных проектов строительства генерирующих объектов на основе ВИЭ
осуществляется на специализированных конкурсах, где устанавливаются предельные
уровни капитальных затрат.
• Основным условием для получения максимальной финансовой помощи от государства
является требование локализации, т. е. обеспечение производства части оборудования
для проекта внутри страны.
10

11. Целевые показатели развития
ВИЭ в России
Целевые показатели развития ВИЭ (в МВт) по видам до 2024 г.
Целевые показатели степени локализации производства
11

12. Отбор проектов ВИЭ в России
Начался процесс конкурсного отбора мощностей, и на сегодняшний день
лидирующее положение занимают проекты солнечной энергетики, из которых
уже реализовано ~ 5 %, на втором месте находятся проекты ветроэнергетики с
суммарной заявленной мощностью 801 МВт и отсутствием реализованных
проектов, на третьем – заявленные 70,44 МВт гидроэнергетики, которые также
не реализованы
Из доклада Г.В. Ермоленко, Ю.А. Фетисовой на Международном
конгрессе REENCON-XXI 13-14 октября 2016 г. Москва, Сколково.
12

13. Малая гидроэнергетика
• Малые гидроэлектростанции (по международным стандартам – ГЭС мощностью
до 25–30 МВт) были важнейшим источником электроэнергии для народного
хозяйства СССР в первой половине прошлого столетия. В 1950-е годы в СССР
насчитывалось около 6 500 МГЭС (большинство на территории России),
которые вырабатывали четверть электроэнергии, потребляемой в сельской
местности. Последующая централизация энергообеспечения привела
практически к полному отказу от малой гидроэнергетики.
Объекты малой гидроэнергетики
13

14. Развитие малой гидроэнергетики в России
• Сейчас в России действуют порядка 300 МГЭС общей мощностью
около 1300 МВт.
• Компания ОАО «РусГидро» является основной в данном секторе и
объединяет более 70 объектов. В организации разработаны
программы строительства МГЭС, предполагающие сооружение 384
станций суммарной мощностью 2,1 ГВт, большая часть из которых
локализована в Северо-Кавказском федеральном округе
• В ближайшие несколько лет в России можно ожидать ввод новых
мощностей в малой гидроэнергетике в объѐме 50–60 МВт
установленной мощности ежегодно.
• Еще одна компания, активно занимающаяся развитием малой
гидроэнергетики в России, – это ЗАО «Норд Гидро». В настоящее
время в еѐ собственности 37 малых ГЭС, проектируемых к
реконструкции, в том числе 4 действующих объекта установленной
мощностью 8,4 МВт.
14

15. Ветровая энергетика
• Ветровая энергетика в последнее десятилетие стабильно удерживает мировое
лидерство среди новых технологий возобновляемой энергетики. К концу 2015
года общее количество установленных мощностей ветровых электростанций
(ВЭС) в мире превысило 433 ГВт.
15

16. Ветроэнергетика в России
• Большая часть наиболее «богатых на ветер» регионов России – это местности,
удалѐнные от основных электрогенерирующих мощностей страны. К ним
относятся Камчатка, Магаданская область, Чукотка, Сахалин, Якутия, Бурятия,
Таймыр и др.
• Здесь в основном отсутствуют собственные ископаемые энергетические
ресурсы, а удалѐнность от магистральных линий электропередачи и
транспортных энергетических нефте- и газопроводов делают экономически
необоснованным подключение регионов к централизованному
энергообеспечению.
• Единственным постоянным источником электроэнергии в удалѐнных местностях
России служат дизель-генераторы, работающие на дорогом привозном топливе.
Производимая с их помощью электроэнергия имеет чрезвычайно высокую
себестоимость (20–40 руб. за 1 кВт•ч). В таких регионах строительство ВЭС как
основного источника электроснабжения является экономически выгодным даже
без какой-либо финансовой поддержки со стороны государства.
• Несмотря на экономическую обоснованность применения ВЭС во многих
удалѐнных регионах страны, развитие ветроэнергетики (в масштабе общей
электрогенерации) в настоящее время находится практически на нулевом
уровне. В стране действует немногим более 10 ветровых электростанций,
общая установленная мощность которых составляет всего 16,8 МВт.
16

17. Ветроэнергетика в России
• Самым крупным ветропарком в России в настоящее время является
Куликовская (Зеленоградская) ВЭС, принадлежащая компании «Янтарьэнерго».
Она построена в Калининградской области в период с 1998 по 2002 год.
Электростанция общей мощностью 5,1 МВт состоит из 21 ветрогенератора, из
которых 20 агрегатов мощностью по 225 кВт каждый были получены в виде
гранта правительства Дании от компании SЕАS Energi Service А. S. До
инсталляции на Куликовской ВЭС ветроагрегаты около восьми лет отслужили в
датском ветропарке «Нойсомхед Винд Фарм».
• На 2014–2015 годы не запланировано ни одного проекта. Только один проект
(ВЭС «Аксарайская» в Астраханской области) планируется ввести в строй в
2016 году. Остальные шесть проектов введут в эксплуатацию в 2017 году. В
общей сложности будет реализовано по два проекта в Астраханской и
Оренбургской областях и три проекта в Ульяновской области.
• Участники отрасли сегодня просто не готовы к столь быстрой реализации
масштабных проектов ВЭС, в том числе и по причине необходимости
выполнения требования локализации производства.
17

18. Солнечная энергетика
Наиболее динамично развивающаяся область ВИЭ
18

19. Развитие солнечной энергетики в России
• Свыше 90 % всех установок приходится на субъекты малого и среднего
предпринимательства, менее 10 % – на частные домохозяйства. Такие системы
обеспечивают автономное электроснабжение удалѐнных от центральной
электросети объектов и работают в комплексе с дизель-генераторами.
• Крупнейшими действующими объектами солнечной энергетики в России на
сентябрь 2013 года были две электростанции мощности 100 кВт. Первая в
России сетевая СЭС промышленного масштаба введена в эксплуатацию в
октябре 2010 года около хутора Крапивенские Дворы Яковлевского района
Белгородской области. В начале июня 2013 года в эксплуатацию запущена
первая в России автономная дизель-солнечная электростанция мощностью 100
кВт (мощность установленных солнечных модулей – 60 кВт) в селе Яйлю
Турочакского района Республики Алтай. В декабре 2013 года в Дагестане
запущена первая очередь самой крупной в России СЭС «Каспийская». Весной
2014 года электростанция планировалось довести до плановой мощности в
5 МВт. В 2014 году планируется завершить ещѐ два проекта СЭС в Дагестане
общей мощностью 45 МВт. Кош-Агач – 5 МВт. Бугульчанская станция в
Башкирии 15 МВт до конца 2016 г.
• Начат выпуск на заводе компании «Хевел» в Новочебоксарске тонкоплѐночных
фотоэлектрических модулей тандемного типа для СЭС.
19

20. Солнечные коллекторы
• По данным Международного энергетического
агентства опубликованным в 2015 г.
совокупная мощность всех солнечных
коллекторов в мире на конец 2013 г.
составляла 374,7 ГВт, что соответствует
площади коллекторов 535 млн м2
.
• Эти коллекторы задействованы в 111
миллионах солнечных систем из которых
80 % используются для горячего
водоснабжения односемейных домов,
9% для горячего водоснабжения крупных
зданий (многоквартирные дома, гостиницы,
больницы, школы),
6% для плавательных бассейнов,
3% для домов с солнечным отоплением и
горячим водоснабжением.
20

21. Динамика суммарной мощности
коллекторов
С 2000 по 2014 год общая мощность коллекторов в мире увеличилась
с 62 ГВт до 406 ГВт.
Производство энергии за этот период всей совокупностью коллекторов
увеличилось с 52 ТВт-ч в 2000 г. до 341 ТВт-ч в 2014 г. 21

22. Распределение мощности по типам
коллекторов
В мире В Европе
Распределение мощности
коллекторов по регионам
22

23. Среднегодовая солнечная радиация
По данным Атласа ресурсов солнечной энергетики России
(авторы О.С. Попель, С.Е. Фрид и др.)
23

24. Российский рынок солнечных
коллекторов
• На российском рынке присутствуют европейские фирмы
Bosch FKT-1 Top, Vaillant auroStep plus, Buderus Logasol
SKS 4.0-s, De Dietrich Inisol NEO 2, Wolf F-3 , стоят от 30
000 до 80 000 рублей.
• Российская фирма «Новый полюс» выпускает плоские
солнечные коллекторы, по цене 23 700 руб., которые
почти полностью копируют немецкие образцы.
• Вакуумные коллекторы на российском рынке либо
китайские, либо российского производства из китайских
компонентов.
24

25. Тепловой насос для отопления и
кондиционирования
• Грунтовые тепловые насосы для
отопления дома, выполняют функции
обогрева, охлаждения и обеспечения
потребности в ГВС.
• В тепловом насосе применяются
два контура, в первом контуре –
раствор антифриза, во втором –
кипящее при низкой температуре
вещество, обычно фреон.
• Возможен вариант горизонтального
либо вертикального трубчатого
коллектора.
• Обычно используют совместно с
теплыми полами и солнечными
коллекторами.Принципиальная схема теплового насоса
25

26. 26
Энергосберегающие вентиляционные устройства
Около 50 % от общего расхода тепла на
отопление зданий, а иногда и более, идет на
нагрев воздуха, поступающего с улицы для
вентиляции помещений, а затем удаляется
через общеобменную вентиляцию.
Помимо того, что величина теплопотерь с
воздухообменом одна из определяющих, сам
процесс воздухообмена не регулируется.
Сложность решения задач энергосберегающей вентиляции :
1. Низкие значения коэффициентов теплообмена между воздушной средой и
поверхностью твердого тела, что приводит к протяженным теплообменным
поверхностям и значительным габаритам теплообменных аппаратов.
2. Другая проблема, которую приходится решать – конденсация и замерзание влаги
при отрицательных температурах на поверхностях теплообмена.

27. 27
Двухступенчатый дисковый теплообменник
Принципиальная схема
Общий вид Без корпуса
Расходная характеристика Тепловая эффективность

28. Воздушный регенератор с периодическим
изменением направления воздушного потока
28
Теплообменные матрицыРеверсный вентилятор
Структура теплообменной матрицы
Распределение температуры воздуха
в теплообменной матрице от наружной
поверхности

29. Тепловая эффективность регенератора
29
Изменение температурной эффективности
(а) и относительной скорости воздушного
потока (b)
Средняя тепловая эффективность
при Gх /Gг = 0,9
1 – поток c улицы, эксперимент;
2 – поток из помещения, эксперимент;
3 – расчет

30. Капельно-насадочный воздушный регенератор
30
1, 2 – корпуса колонн, 3 – решетки; 4 – насадка, 5, 6 – оросители,
7, 8 – трубопроводы, 9, 10 – воздушные вентиляторы, 11, 12 – водяные насосы.

31. Капельно-насадочный регенератор
31
Экспериментальный стенд: а – общий вид, б – работа оросителя
а б

32. Работа регенератора при орошении
раствором хлорида кальция
32
Температура раствора на входе и выходе
из греющей колонки Gж = 110 л/час
Эффективность:
1 – температурная по греющей колонке,
2 – температурная по охлаждающей колонке,
3 – при повышении влажности на входе в
охлаждающую колонку

33. Физико-математическая модель
капельно-насадочного регенератора
33
Блок-схема воздухо-воздушного
теплообменника с промежуточным
теплоносителем
 1 1
1 1
m
a a a
w a
a a a
T G T
T T
t A x c
  
    
     
 1 1
1 1
w w w
w a
w w w
T G T
T T
t h x c h
  
     
    
1( ,0)a ET t T
0t 
0t 
1(0, )a RT x T  0,x H
1 2( , ) ( )w rT t H T t
,
0t 2 1( ,0) ( )w rT t T t
1
1 1( ,0)
m m
w wr
r w
G GdT
T T t
dt M M
   
1(0, )w RT x T
1(0)r RT T

34. Влияние режимных параметров
34
Влияние расхода воздуха:
1 – H = 0,4 м, 2 – 0,5 м, 3 – 1,2 м, 4 – 2 м, 5 – 10 м
m m
w w a aG c G c При уменьшении высоты
засыпки происходило
смещение максимума
температурной
эффективности в сторону
снижения расхода воздуха от
его значения, определенного
из равенства водяных
эквивалентов жидкости и
воздуха.

35. Заключение
35
1. Разработаны и проведены теоретические и эксперимен-
тальные исследования лабораторных моделей новых
теплообменных аппаратов регенерации тепла и холода
вентиляционного воздуха.
2. Аппараты могут найти широкое применение в промышлен-
ных и жилых объектах, так как позволяют значительно
снизить энергозатраты на вентиляцию и кондиционирование
воздуха в помещениях.

36. 36
Благодарю за внимание !